Рис. 2
Каскады усилителя практически одинаковые, содержат попарно одинаковые резисторы в коллекторных цепях R1, R4 и R5, R2 и четыре одинаковых транзистора Q1, Q3 и Q4, Q5 модели N1. Выходы первого каскада А, В соединены со входами второго дифференциального каскада на Q4 и Q5. Входное напряжение от заземлённого источника сигнала V1 подается только на левый вход первого каскада, его правый вход заземлён через R3. Этим достигается неизменность Uвх2 = 0.
Наличие двух выходов OutA и OutB, напряжения на которых противофазны, обеспечивает возможность применения как инвертирующего, так и неинвертирующего включения.
Остальные элементы схемы – вспомогательные [5]. Например, резистор R6 обеспечивает эмиттерную связь транзисторов Q4 и Q5, резисторы R7 и R3 обеспечивают постоянное смещение на базах транзисторов первого каскада, группа элементов Q2, Q6, R10, R9 и R8 выполняет роль источника постоянного тока в схеме [5].
6.Методические указания по выполнению работы
1.Дважды щелкнуть на ярлыке DIFFAMP на рабочем столе. На экране появится исследуемая схема рис. 2. Войти в меню file / save as и к имени файла добавить номер группы. Сохранить файл в папке «студент». Если при выполнении работы будет допущена ошибка, закрыть программу и начать работу заново.
2.Получить передаточную характеристику Uвых = f(Uвх), для чего в главном меню выбрать Analysis, затем DC и в появившемся окне – Run. Зарисовать
32
передаточную характеристику с указанием масштабов по осям и необходимыми построениями, как это показано на рис. 3.
Рис. 3
3. Пользуясь курсором (при наведении курсора на интересующую точку графика появится окно с координатами точки), определить:
-приблизительную протяжённость линейного участка (неискаженного выходного напряжения) ΔUвых;
-приблизительную протяжённость линейного участка входного напряжения ΔUвх;
-малосигнальный (дифференциальный) коэффициент усиления по напряжению
КU =ΔUвых /ΔUвх ;
-характер включения усилителя (инвертирующий, неинвертирующий).
4.Получить временные диаграммы отдельного, второго дифференциального каскада выбрав Analysis, Transient, Run. На экране при этом верхняя синяя диаграмма – входное напряжение дифференциального каскада, нижняя – выходное напряжение. Определить:
-коэффициент усиления второго каскада КU2, как отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала;
-фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением (обратите внимание на знаки входного и выходного напряжения).
Оценить коэффициент нелинейных искажений КНИ. Считается, что если отличия формы выходного и входного сигнала на глаз незаметны, то КНИ <
5%.
33
5.Получить амплитудно- и фазочастотные характеристики исследуемого усилителя (Analysis, AC, Run). По АЧХ определить значение предельной частоты, на которой выходное напряжение уменьшается в 1,4 раза по отношению к максимальному значению на низких частотах. Зарисовать АЧХ с необходимыми для определения предельной частоты построениями.
6.Изменить следующие величины, определяющие частотные свойства БТ: CJE – барьерная ёмкость эмиттерного перехода;
CJC – барьерная ёмкость коллекторного перехода;
TF – время пролёта.
Записать значения указанных параметров до и после изменения.
Все четыре БТ обоих дифференциальных каскадов одинаковые и описываются моделью N1. Вызов окна с параметрами модели осуществляется двойным кликом на любом из БТ дифференциальных каскадов Q1, Q3, Q4, Q5. Все три перечисленных параметра умножить в число раз, указанное в табл. 1, в соответствии с заданным вариантом.
Таблица 1
№ варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
0.25 |
0.5 |
0.75 |
1.25 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
4 |
5 |
7 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Определить предельную частоту усилителя после изменения параметров транзисторов.
7. Содержание отчета
Отчёт должен содержать:
1.Название и цель работы.
2.Схему простейшего дифференциального каскада. Исследуемую схему.
3.Рисунок передаточной характеристики Uвых = f(Uвх).
4.Рисунок АЧХ с построениями для определения предельной частоты. 5.Отдельно записанные значения:
-протяжённости линейного участка выходного напряжения ΔUвых;
-протяжённости линейного участка входного напряжения ΔUвх;
-малосигнального коэффициента усиления по напряжению КU;
-коэффициента усиления второго каскада КU2;
-фазового сдвига между входным и выходным напряжениями;
-предельной частоты усилителя;
-предельной частоты усилителя при изменённых параметрах БТ.
34
6.Заключение – является ли применённое во втором каскаде включение инвертирующим или неинвертирующим.
7.Оценку КНИ.
8.Контрольные вопросы
1.Чем объясняется высокая устойчивость дифференциального каскада к изменениям температуры и напряжения источника питания?
2.Почему дифференциальные каскады и усилители на их основе применяются в основном в интегральных схемах?
3.Почему в дифференциальном каскаде возможно подключение источника сигнала как к обоим, так и только к одному из входов?
4.Что достигается при подключении нагрузки только к одному из выходов дифференциального каскада, что изменяется при перемене выходного узла?
5.Привести пример инвертирующего и неинвертирующего включения дифференциального каскада.
6.Что даёт каскадирование дифференциальных каскадов? Как при этом определяется общий коэффициент усиления?
7.Как и почему параметры БТ влияют на частотные свойства дифференциального усилителя?
8.Изобразить схему простейшего дифференциального каскада на БТ. 9. Изобразить схему простейшего дифференциального каскада на МДП транзисторах.
9.Изобразить схему двухкаскадного дифференциального усилителя на БТ.
35